Hoy en día, todos, desde jugadores y editores de vídeo hasta ejecutivos de nuevas empresas de software que lanzan aplicaciones en la nube, exigen soluciones más rápidas para almacenamiento de datos. La razón es simple: mejores tecnologías de almacenamiento significan entornos informáticos más rápidos y de mayor rendimiento. Para los jugadores, esto significa menos tiempo de espera; para los editores, significa renderizaciones de vídeo más cortas; y para las empresas, significa que pueden ejecutar cargas de trabajo de forma rápida y fluida en la nube. 

Desafortunadamente, elegir la solución adecuada puede resultar complicado. Términos desconocidos, especificaciones técnicas complejas y un número aparentemente interminable de opciones potenciales enturbian las aguas. Para ayudar a reducir el campo y ayudar a los usuarios a encontrar la solución adecuada a sus necesidades, analizamos dos de las tecnologías de almacenamiento de datos más populares disponibles: NVMe y SATA.

• NVMe (memoria exprés no volátil) es un protocolo para la transferencia de datos altamente paralela con gastos generales reducidos del sistema por entrada/salida por segundo (E/S o iops) que se utiliza en almacenamiento flash y unidades de estado sólido (SSD).
• SATA (Adjunto Serial de Tecnología Avanzada) Es un protocolo que prescribe cómo se mueven los datos entre una computadora y un dispositivo de almacenamiento, como un unidad de disco duro (HDD).

Tanto el protocolo NVMe como el SATA admiten SSD, una tecnología que ha estado reemplazando a los HDD como estándar de la industria para aplicaciones profesionales y de consumo y cargas de trabajo empresariales durante la última década. A diferencia de los HDD, que tienen latencia y tiempo de acceso inherentes, los SSD dependen de la memoria flash y no tienen partes móviles, lo que los hace mucho más rápidos.

¿Qué es una unidad de estado sólido (SSD)?

Los SSD son dispositivos de almacenamiento basados ​​en semiconductores que dependen de la memoria flash para almacenar datos persistentes en sistemas informáticos. A diferencia del almacenamiento magnético (como los discos duros y las unidades de disquete) que almacenan datos mediante imanes, las unidades de almacenamiento de estado sólido utilizan chips NAND, una tecnología de almacenamiento no volátil que no requiere una fuente de energía para mantener sus datos. De acuerdo a un informe reciente de Gartner (el enlace se encuentra fuera de ibm.com), las SSD están superando actualmente a las HDD como el estándar preferido de la industria para cargas de trabajo de datos estructurados.

¿Qué es NVMe?

NVMe (memoria no volátil rápida) es un protocolo de transporte y acceso al almacenamiento de datos para SSD que ofrece un mejor rendimiento y tiempos de respuesta más rápidos que sus competidores. Fue creado para medios de almacenamiento no volátiles de alto rendimiento, lo que lo convierte en una excelente solución para los entornos informáticos más exigentes de la actualidad.

NVMe puede implementar cargas de trabajo empresariales con una infraestructura más pequeña y menos energía que la ampliamente utilizada Small Computer System Interface (SCSI). Las unidades NVMe pueden ofrecer mejores tiempos de respuesta que los HDD debido a las mejoras en el controlador del dispositivo, lo que permite el paralelismo y el sondeo y ayuda a reducir latencia para evitar cuellos de botella en la CPU.

La tecnología de almacenamiento NVMe fue diseñada para reemplazar los protocolos Serial Advanced Technology Attachment (SATA) y Serial Attached SCSI (SAS) que eran el estándar de la industria hasta la introducción de NVMe en 2011. Además de su mejora en la capacidad de almacenamiento de datos y la tecnología de transferencia, NVMe también contribuyó a el desarrollo de otras tecnologías importantes que se estaban desarrollando aproximadamente al mismo tiempo, incluida la Internet de los objetos (IO), inteligencia artificial (AI) y aprendizaje automático (ML).

Bus de interconexión de componentes periféricos Express (PCIe)

Una de las diferencias más importantes entre los SSD NVMe y los SSD SATA es que los SSD NVME utilizan un bus Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) para acceder al almacenamiento flash. Esta característica permite que un SSD NVMe elimine el controlador "intermediario", lo que ayuda a reducir la latencia. Sin embargo, los NVMe también pueden ejecutarse en cualquier tipo de interconexión "tejido", como Fibre Channel y Ethernet, y dentro de Ethernet, iWarp, RoCEv2, iSER y NVMe-TCP.

Colas de comandos paralelas

A diferencia de las unidades que utilizan el protocolo SCSI, que solo pueden implementar una única cola de comandos, las SSD NVMe pueden ejecutar decenas de miles de colas de comandos paralelas a la vez. Con los SSD NVMe, el método de conexión es independiente del protocolo; por ejemplo, el conector NVMe PCIe puede acceder a una única unidad a través de un enlace PCIe que ejecuta el protocolo NVMe.

unidades NVMe m.2

Los SSD M.2 son un factor de forma o conector que se utiliza en los SSD. Si bien el término se usa a menudo indistintamente con NVMe, en realidad son dos tipos diferentes de tecnologías de almacenamiento. Mientras que NVMe se conecta a una ranura PCIe de una placa base, lo que aumenta sus velocidades de transferencia de datos, los SSD NVMe m.2 son un factor de forma física que permite el almacenamiento de alto rendimiento en dispositivos pequeños con limitaciones de energía, como computadoras portátiles y tabletas ultradelgadas.

¿Qué es SATA?

Durante la última década y media, SATA (Serial Advanced Technology Attachment) ha sido la interfaz más popular para mover datos entre la placa de circuito de una computadora y un dispositivo de almacenamiento interno o externo. Hasta hace poco, casi todas las computadoras de escritorio y portátiles contenían hardware compatible con SATA. Sin embargo, con la creciente popularidad de los SSD y el desarrollo de la tecnología NVMe diseñada específicamente para ellos, la popularidad de SATA ha comenzado a decaer en los últimos años.

SATA se lanzó en 2003 como una mejora del Parallel Advanced Technology Attachment (PATA), un estándar industrial para disquetes internos, HDD y unidades de disco óptico. Cuando las especificaciones del protocolo SATA se publicaron por primera vez en 2003, inmediatamente se hizo evidente que tenía varias ventajas clave sobre las interfaces PATA, incluidas las siguientes:

• Las velocidades de transferencia de datos más rápidas permiten reducir los tiempos de carga de programas y documentos y mejorar la calidad de la imagen.
• Las opciones de cables más compactas permiten un enrutamiento de cables más sencillo y una mejor ventilación de la computadora.
• Las conexiones de menor voltaje ayudan a reducir la distorsión y la diafonía.
• Señalización diferencial para la transferencia de datos a alta velocidad con menor consumo de energía. 

Sin embargo, una de las ventajas que SATA todavía tiene sobre NVMe es su compatibilidad con hardware más antiguo. Los HDD y SSD SATA se conectan a una placa base a través del hardware del controlador. En su configuración más sencilla (modo IDE), el disco duro conectado puede reconocerse como un dispositivo PATA. Esto permite una mayor compatibilidad con sistemas más antiguos, pero con una caída en el rendimiento cuando la unidad SATA está en modo IDE.

Si la compatibilidad con un dispositivo más antiguo no es un requisito, los usuarios pueden configurar un controlador SATA en el modo de interfaz de controlador de host avanzado (AHCI) para obtener un mejor rendimiento. El modo AHCI también puede admitir interfaces externas y el intercambio en caliente de unidades: quitar y conectar unidades sin apagarlas.

Otro modo SATA, el modo Redundant Array of Independent Disks (RAID), ofrece una capa adicional de protección de datos al brindar a los usuarios la capacidad de almacenar copias de los mismos datos en diferentes ubicaciones, como múltiples HDD o SSD. 

SATA externo

SATA externo (eSATA) es otra característica importante de la tecnología SATA que brinda soporte para unidades externas a través de zonas de conexión específicas llamadas puertos. eSATA es más rápido que sus competidores y compatible con muchas tecnologías de unidades de disco existentes, como HDD, unidades de disquete, unidades extraíbles, Blu-rays, CD-ROM y DVD. Existen muchos usos comunes para las unidades eSATA, incluida la edición de video y audio y la copia de seguridad de datos.

NVMe vs. SATA: una comparación lado a lado

En una comparación directa donde solo se tienen en cuenta la velocidad y el rendimiento, el protocolo NVMe es muy superior al SATA. Mientras que SATA se diseñó como una interfaz de almacenamiento SCSI para facilitar la transferencia de datos específicamente hacia y desde HDD, NVMe se diseñó específicamente para su uso con SSD que utilizan tecnología flash.

De acuerdo a una Informe de 2023 de la Corporación Internacional de Datos (IDC) (el enlace se encuentra fuera de ibm.com), NVMe fue diseñado para acelerar la transferencia de datos a sistemas conectados a través de PCI express (PCIe), un bus de expansión en serie estándar para conectar una computadora a uno o más dispositivos periféricos.

Debido a sus diferencias de diseño, NVMe está mejor equipado para utilizar zócalos PCIe y transferir datos entre el almacenamiento y una CPU que SATA. Cuando los HDD todavía eran el estándar de la industria para almacenar y acceder a datos, SATA tenía sentido, pero a medida que los SSD comenzaron a volverse más populares, NVMe rápidamente se convirtió en una mejor opción para la mayoría de los usuarios. Además, el protocolo optimizado de NVMe lo hace más adecuado que SATA para aplicaciones en tiempo real como ML e AI, que han ganado popularidad en los últimos años. NVMe también está bien posicionado para soportar nube híbrida, multicloud y entornos de almacenamiento mainframe debido a su alto rendimiento y protección de datos integrados.

Sin embargo, todavía hay algunos casos en los que SATA tiene sentido para determinados usuarios. Por ejemplo, SATA sigue siendo más asequible que NVMe, aunque la popularidad de los SSD NVMe está haciendo bajar el precio. Aquí hay una comparación de las dos tecnologías por capacidad.

Velocidad y rendimiento

Los SSD NVMe pueden ofrecer velocidades y rendimiento mucho más altos que los SSD SATA porque pueden enviar y recibir comandos NVMe más rápido y ofrecer un mejor rendimiento. Mientras que los SSD NVMe usan PCIe para conectar el almacenamiento SSD directamente a un servidor o unidad central de procesamiento (CPU), los SSD SATA usan la interfaz de bus Serial ATA Express, que es más lenta.

Ancho de banda

La conexión PCIe que utiliza NVMe es más grande y tiene más ancho de banda que un puerto SATA. Además, cada generación de PCIe duplica el ancho de banda de la generación anterior. SATA, por otro lado, tiene conexiones de ancho de banda menor que PCIe y es fijo, por lo que las conexiones no mejoran con las generaciones concurrentes. Las conexiones PCIe también son más escalables que las SATA porque utilizan “carriles” que permiten a los usuarios duplicar el ancho de banda en la misma generación.

Paralelismo

Una de las características más importantes de NVMe es su capacidad para ejecutar operaciones simultáneas en múltiples subprocesos, lo que se conoce como paralelismo. Los SSD NVMe tienen una profundidad de cola de 64,000, mientras que SATA solo puede admitir 32 solicitudes de E/S en una cola en cualquier momento. NVMe utiliza colas de comandos paralelas y un "bucle de sondeo" en lugar del controlador de dispositivo basado en "interrupciones" de sus predecesores, lo que reduce la latencia y los gastos generales del sistema.

Compatibilidad

Cuando se trata de tecnologías más nuevas, como la IA, el aprendizaje automático y la nube, NVMe es una opción mucho más compatible que SATA, ya que se desarrolló en paralelo a esas tecnologías durante el mismo período. NVMe también funciona a la perfección con todos los sistemas operativos modernos, incluidos teléfonos móviles, portátiles y consolas de juegos. Sin embargo, cuando se trata de compatibilidad con tecnologías más antiguas (como discos duros), muchos dispositivos más antiguos que admiten SATA no son compatibles con NVMe porque carecen de las conexiones necesarias para los zócalos NVMe PCIe.

Cost

Si bien tanto NVMe como SATA se han vuelto más asequibles en los últimos años, los SSD SATA siguen siendo algo más asequibles. Por ejemplo, una unidad SATA Samsung de 2.5 TB de 1 pulgadas cuesta un poco más de 100 dólares, mientras que su equivalente NVMe cuesta alrededor de 170 dólares (en el momento de escribir este artículo). Los precios de los SSD de nivel empresarial varían aún más y, a menudo, ascienden a miles. Si bien NVMe se ha convertido en el estándar de la industria para cargas de trabajo empresariales, las SSD SATA todavía se utilizan ampliamente en construcciones de PC en lugar de HDD, ya que son considerablemente más rápidas.

Casos de uso de NVMe y SATA

La elección entre NVMe y SATA depende de las necesidades del usuario. Para las PC, SATA presenta indiscutiblemente una opción más barata si un usuario está dispuesto a aceptar menos velocidad. Para las necesidades comerciales a nivel empresarial, los beneficios de utilizar NVMe se vuelven más difíciles de ignorar, incluso con el aumento del precio. A continuación se muestran algunos ejemplos de aplicaciones del mundo real de ambas tecnologías:

Casos de uso de NVMe

• Alto rendimiento informática (HPC): Las altas velocidades de NVMe y su capacidad para manejar el procesamiento paralelo lo convierten en una buena opción para una amplia gama de aplicaciones informáticas de alto rendimiento, incluidas las operaciones financieras de alta frecuencia, la IA y el aprendizaje automático.
• Aplicaciones exigentes: Muchas aplicaciones que requieren interacciones con los clientes en tiempo real en un entorno rico en datos (como las aplicaciones de finanzas personales y comercio electrónico) dependen del almacenamiento NVMe para ejecutar sus cargas de trabajo empresariales.
• Centros de datos: Los SSD NVMe ayudan a muchos los centros de datos en todo el mundo amplían sus capacidades de almacenamiento de datos sin dejar de ofrecer un alto rendimiento. Según un Informe del grupo de estrategia empresarial (el enlace se encuentra fuera de ibm.com), casi tres cuartas partes de las organizaciones ya utilizan almacenamiento SSD basado en NVMe o planean cambiar a él durante el próximo año.

Casos de uso de SATA

• Componentes heredados: SATA es "compatible con versiones anteriores", lo que significa que se puede utilizar de forma segura con hardware y software más antiguos. A diferencia de las SSD NVMe, una SSD SATA no sobrecargará los componentes de una computadora más antigua, como un procesador.
• Edición de video: Para muchos editores de vídeo, el precio más bajo y las altas velocidades de los SSD SATA (en comparación con los HDD) los convierten en una opción atractiva. La velocidad de los SSD SATA es suficiente para sus requisitos. La diferencia entre un SSD SATA y un SSD NVMe en un entorno de edición de video solo se nota con metraje con alta tasa de bits (2,000 Mbps o más) o en un proyecto que requiere editar metraje de varias cámaras simultáneamente.
• Producción de audio: Al igual que en la edición de vídeo, la producción de audio rara vez requiere el tipo de velocidades para las que se creó un SSD NVMe, lo que convierte a SATA en una alternativa aceptable. La producción musical, por ejemplo, rara vez requiere mucha velocidad de lectura o escritura a menos que los editores trabajen con numerosas muestras. Los SSD SATA funcionan bien para la mayoría de las necesidades de producción de audio y son menos costosos.

IBM, NVME y SATA

Para muchos usuarios, las SSD SATA son lo suficientemente rápidas como para satisfacer sus necesidades diarias de almacenamiento y transferencia de datos. A un precio más bajo, al menos por ahora, siguen siendo una opción atractiva. Sin embargo, a nivel empresarial, NVMe se está convirtiendo rápidamente en el estándar de la industria.

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